便携式烘干机的设计及仿真本科毕业论文(编辑修改稿)

便携式烘干机的设计及仿真本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

机插上电源，并打开开关，拨到烘干档。 热风机开始工作，把干燥的 4050摄氏度的热空气，源源不断的由密封袋的进口吹入。 总体设计 本次毕业设计的理念的便携式烘干机，主要的特点突出在便携的特点上。 因此，我们选用的材料和设计的结构都应该是可以收缩折叠型的型材。 首先 将烘干机的模型简单化如图 所示： 1 透气孔， 2 带拉链的布盖子， 3 不透气的袋体， 4 易粘带， 5 进气端， 6 出气端，7 出风口， 8 风机体， 9 进风箱 ， 10 档位开关 图 该设计的便携式烘干机由热风机和密封袋两个部分组成，热风机要求是的三档位调速热风机，使用普通 220V 市电压，热风机的前两档可以和普通的吹风机一样用于吹头发，第三档增加风速降低温度（ 4050 摄氏度），以达到快速烘干且不损害 6 被烘干衣物的效果。 热风机由出风口 风机体 进风箱 9 和档位开关 10 组成。 密封袋由透气孔 带拉链 的布盖子 不透气的袋体 易粘带 4，进气端 5 和出气端 6 组成，透气孔 1 位于带拉链的布盖子 2 上，带拉链的布盖子 出气端 6 位于不透气的袋体 3 的前端，易粘带 进气端 5 位于不透气的袋体 3 后端；密封袋是一个长筒状袋体，袋体由无纺布制成内面覆盖有塑料膜以达到密封效果。 密封袋的进气端 5 是一个带有易粘带 4 的口，它可以套在热风机的出风口 7 上，并且可以使用易粘带 4 将袋口扎紧，密封袋的出气端 6 是可透气的布盖子，上面有拉链，将衣物放入后将拉链拉上。 骨架的设计 烘干箱体的总体长宽高为 50cm50cm90cm，考虑到 要便于折叠和支撑起整个无纺布箱体，采用单面椭圆形结构，四面就形成了如图 所示图形。 图 该材料为弹性可折叠塑胶型材可以扭曲、弯折，要求材料具有高弹性和高可塑性。 这种设计的好处是可以使用 8 字形对折的方法对此进行收缩，首先先将模型对折变成一个两面相对的椭圆形，然后再抓住椭圆的两头对扭一下，扭成 8 字形状后把上下两个圈对折，这样的话不仅能最大的利用空间而且可以把箱体压缩到一个很小的空间内大约只有一个半径为 14cm高为 6cm的圆柱体，然后可以收入收纳袋中。 7 收纳袋为 30cm30cm7cm的袋体。 第 一步 如图 所示，将袋体拍平，因为材料为高弹性的软体材料，所以材料可以呈现 180 度的对折，并且取消掉施加在上面的压力时，骨架会以很高的弹性，速度张开。 图 第二步 如图 所示握住袋体的两端旋转，朝 8 字形旋转。 图 第三步 将 8 字的两个圆朝对方相互弯折，也就是将图 中的两个圆对折，具 8 体如图 所示 图 这中折叠方式非常有助于压缩收纳袋体，但是有一点值得注意的是，将箱体从收纳袋中拿出来的时候一定要注意握住后再打开，由于材料属于高弹性可塑性材料，所以在失去对其的压缩力之 后会形成反弹，将其握住后再打开可以防止弹伤。 衣物钢架的设计 钢架结构由于较长，不易于携带，所以在本文中将其改为可折叠式样的钢架，钢架上有倒钩可以挂在箱体两边的盒子上。 如图 所示 图 钢架是可以通过一个螺栓在一定角度内旋转，当角度旋转到 180 度是就可以挂在箱体内。 9 衣物钢架的强度校核 衣物钢架的主要作用是用于悬挂衣物以方便更快的烘干衣物，如果钢架的强度不够的话可能会造成钢架断裂，这是使用者和设计者都不愿意看到的情况，所以在设计之初我们要对钢架的强度进行一下校核，以达到我们需要 的标准 根据查询手册，本文选择的是普通碳素钢，国标 GB1501998，根据不同碳素钢和钢板之间的差别，我们选择使用 Q235B 热轧钢板。 钢板的参数条件：组合后长度 470cm，厚度 3cm，宽度 8cm。 按照材料力学的定义，对构件材料强度进行计算时，考虑力学模型与实际情况的差异，构件必须处于一个合适的强度范围内，对于由一定材料所制成的具体构件，我们需要对其具体的定义一个最大的许用值，而这个最大的许用值就是我们所说的需用应力  ，为 了保证收到拉力的钢架在工作时不变形失效，则必须满足：  max （ ） 由于考虑到我们的设计理念，我们在这里把钢条设计成一个长条形矩形零件，则它应该满足：  mm ax axNF A   （ ） NmaxF 是表示钢条所能承受的最大的拉应力，我们不妨考虑一下一件脱水后的衣服有多重，那一个烘干机的箱体又有多大，通过笔者的实验所得，一件冬天穿的毛呢大衣重约 1kg，而脱水后的毛呢大衣是其干燥时候的三倍，而一个长宽仅仅有50cm的空间只能放入 3 件这种大衣。 换个角度，我们来看看夏天穿的衬衫，重量只有 ，能放入 6 件，但是总的质量却比不上使用毛呢大衣，既然是要算出最大的拉 应 力 ， 我 们 就 不 妨 使 用 毛 呢 大 衣。 其 所 能 提 供 的 最 大 拉 应 力 为N m a x 3 101 30F G m Ng     。 A 表示钢条的横截面积，计算可得 222 4 0 .2 4A mmc。 10 根据上述公式可以算得： m a xm a x 2 430 1 . 2 50 . 2 14 0 M PNF NA am    。 查询相关冶金手册可以得出在厚度为 3cm的 Q235B 热轧钢板的最大需用应力   。 相比较之下我们不难发现  max 远远满足了条件，所以证明初设计是可行的。 箱体设计 利用骨架支撑起整个箱体，在风机鼓入风之后，内部压强增大，就能够使得在挂了衣服的情况下，衣服的重量不至于压垮由软性材料制作的骨架。 箱体四周的无纺布有两个相对应的口袋，用于悬挂钢架，钢架上有倒钩可以挂住在无纺布的口袋上，这样就可以使得衣服能悬挂在钢架上进行烘干，烘干效果更佳。 如图 所示 图 在箱体的一 面上有一个风机的入口，烘干机可以将口套在入口处，然后用易粘带黏住这样就可以防止烘干过程中烘干机脱落。 在箱体的上面有一个带拉链的布盖子，将布盖子打开就可以把衣服放进去，然后在通电源就可以对衣物进行烘干。 箱体参数： 外形尺寸 50cm50cm90cm 折叠尺寸 15cm15cm7cm 11 装袋后尺寸 15cm15cm7cm 总重量 2kg 总体设计后的体积比一个 CD 盒差不多大小完全符合了我们设计便携式烘干机的最初设计理念。 烘干机的选择 本文所述的烘干机虽然在平时可用作吹分机使用，但是和一般吹 分机却是不同，烘干机要求三档调速，为了符合绿色低碳的设计理念，笔者在这里将烘干机的模型设定为吹风机的模型，烘干机的前两档温度较高，风力较弱，可以在平时不烘干衣物时当做吹风机使用。 这样就不仅能为消费者节省支出，也为企业创造了一个吸引眼球的亮点。 衣物的烘干不同于吹头发，所以调到第三档的时候，温度调低、风速调快。 究其原因，如果一味的追求温度的话，衣物可能会发黄，这样会损坏衣物，如果温度低，风速过慢的话，可能会造成烘干衣物的时间过长，或者衣物的烘干不彻底，给使用者带来不便，我们所要求的设计理念是要求在 3060 分 钟之内烘干衣物，同时时间如果过长的话也太过浪费时间和与设计理念不符。 所以我们要在具体仿真结束后才能具体知道烘干机烘干衣物时所要达到的温度和风力速度。 吹分机若要满足我们的设计理念，前两档用于吹头发，第三档用于烘干，可以将位于其风机体前端的风嘴旋转而下，为其套上一个专用的风嘴，这样就可以有效防止被箱体入风口套住的时候在工作时。 套嘴如图 所示 12 图 由于仿真需要我们需要假设吹分机的初始仿真参数： 最大功率： 2200W 烘干功率： 1200W 吹风机档位： 3 档 风嘴样式：集风嘴，散风嘴（设计） 最大风 速（烘干风速）： 810m/s 吹风机功能：吹发，烘干，杀菌。 13 第 3 章 烘干机内部流场数值计算 流场数值仿真理论 计算流体动力学可以作为流动方程包括质量守恒方程，动量守恒方程，控制下的能量守恒方程的流场数值模拟。 通过数值模拟和仿真，可以了解极其复杂的内部流场各个部分的基本物理量（如速度，温度，压力，浓度）分布，以及这些物理量随时间的变化，电涡流的分布特性，分离区的空化特性和流动。 我们也可以根据它来找出其他的物理量，如旋转流 体机械，液压的损失和效率。 此外，结合 CAD，能结构优化设计。 完整的计算流体动力学方法系统，传统的理论分析方法和实验测量方法三组成的流体力学问题，如图 所示的流体力学特性之间的关系的三个示图。 单 纯 实 验 测 试单 纯 理 论 分 析计 算 流 体 动 力 学 图 理论分析的方法的优点是它的普遍性的结果，许多其他因素清晰可见，它是指导和实验验证数值计算方法的理论基础研究。 然而，它通常需要对需要计算的对象进行才抽象化和简单化，这样才是有可能计算的理论值。 对于非线性问题，只有很少的流量可以计算分析结果。 连续介质的概念 气体与液体都属于流体，从微观的角度看，无论是气体还是液体，分子间都存在间隙，同时由于分子的随机运动，导致流体的质量在空间上的分布是不连续的， 14 而且任意控件点上流体物理量相对时间也是不连续的。 但是从宏观角度考虑，流体的结构和运动有表现出明显的连续性和确定性，而流体力学研究的正是流体的宏观运动。 在流体力学中正是用宏观流体模型来代替微观有间隙的分子结构。 流体的密度定义为： mV （ ） 式中  —— 密度 m —— 质量 V —— 体积 由于流体是非均匀材质的流体，对于其流体中任意一点的密度我们可以定义为： 0limvvmv     （ ） 在式（ ）中， 0v 是摄像的一个最小的体积，为了使密度统计平均值（ mv ）有确切的意义，在 0v 内需要包含足够多的分子。 这个 0v 就被称为 流体质点的体积，所以实质上流体质点上的密度就就是连续介质中抹一点的流体密度。 同样，连续介质中某一点流体质点的质心速度就是的流体速度值在某瞬时质心在该点的。 不仅如此，控件任意点上的流体物理量都指位于该点上的流体质点的物理量。 控制方程 不同的情况下我们要对仿真的条件进行抽象化和简单化，对于本文的仿真，我们需要对下列条件进行一列的假设，以达到我们仿真的条件。 （ 1） 彻体力不予考虑； （ 2） 热辐射的影响不予考虑； （ 3） 烘干机内部考虑非定常流动； 15 所有流动和传热过程都需要遵守最基本的物理守恒定律，也就是说 动量守恒定律、质量守恒定律和能量守恒定律。 控制方程就是流动和传热问题中这些守恒定律的数学表达式即偏微分方程，本文烘干机内部流场流动和传热过程的控制方程如下： （ 1）连续方程 () 0iiutx   () （ 2）动量方程 ( ) ( ) ( )ii i j i i jj i i jupu u u f u u ut x x x               () （ 3）能量方程 ( ) ( ) ( )ii i i j iiiqpH Q u f ut t x x            () 式中  —— 流体密度； x —— 流体微团的坐标，与下标结合表示三个方向的坐标； u —— 流体微团的速度，与下标结合表示三个方向的速度； t —— 时间； if —— 单位质量流体上的彻体力； ij —— 应力张量， 2 iij ij ij juuS x   ； p —— 压强； Q —— 外加热能； 16 iq —— 热通量向量，i iTq x； T —— 热力学温度； H —— 总焓， 212iH h u； h —— 焓； ,ij—— 表示坐标和速度的分量。 NS 方程：3xD u p u u u u v wFD t x x x y y z z x x y z                                                  3yD v p v v v u v wFD t y x x y y z z y x y z  。